ВЭМС_ЗФ_2014 / ВЭМС_методические_указания_2013_версия_1
.pdfГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Электропривод и АПУ»
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Методические указания к контрольным работам и индивидуальные задания
для студентов специальности 1-53 01 05 «Автоматизированные электроприводы» заочной и дистанционной форм обучения
.
Э
П
А П У
Могилев 2013
2
УДК
ББК
В
Рекомендовано к опубликованию учебно-методическим управлением
ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет»
Одобрено кафедрой «ЭП и АПУ» «30» августа 2013 г., протокол № 1
|
Составители: |
В. Н. Абабурко, Л. Г. Черная |
|
||||
|
Рецензент |
канд. техн. наук, доц. |
|
|
|||
Методические указания содержат описание контрольных работ и |
|||||||
индивидуальных |
заданий |
по |
дисциплине |
«Введение |
в |
||
электромеханические |
системы» |
для |
студентов |
специальности |
|||
1-53 01 05 |
“ Автоматизированные |
электроприводы” |
заочной |
и |
дистанционной форм обучения.
Учебное издание
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Ответственный за выпуск |
Г. С. Леневский |
|
Технический редактор |
|
|
Компьютерная верстка |
|
|
Подписано в печать |
. Формат 60х84 /16. Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. |
|
Печать трафаретная. Усл.-печ. л. . Уч.-изд. л. |
.Тираж экз. Заказ № |
Издатель и полиграфическое исполнение Государственное учреждение высшего профессионального образования
«Белорусско-Российский университет»
ЛИ № 02330/375 от 29.06.2004 г. 212000, г. Могилев, пр. Мира, 43
© ГУ ВПО «БелорусскоРоссийский университет», 2013
|
3 |
|
|
Содержание |
|
1 Состав теоретической части курса.............................................................. |
4 |
|
1.1 |
Тема 1. Основные понятия автоматизированного электропривода |
|
(АЭП) как электромеханической системы (ЭМС).......................................... |
4 |
|
1.2 |
Тема 2. Источники электрической энергии ЭМС...................................... |
4 |
1.3 |
Тема 3 – Преобразователи электрической энергии (ПЭЭ) ЭМС ............. |
4 |
1.4 |
Тема 4. Вращающие электрические машины (электромеханические |
|
преобразователи) ................................................................................................. |
5 |
|
1.5 |
Тема 5. Механические передачи в ЭМС..................................................... |
6 |
1.6 |
Тема 6. Система управления АЭП............................................................... |
6 |
1.7 |
Тема 7. Методология решения задач в области АЭП................................ |
6 |
2 |
Контрольная работа ...................................................................................... |
7 |
2.1 Задание 1 ........................................................................................................ |
7 |
|
2.2 Задание 2 ........................................................................................................ |
8 |
|
2.3 Задание 3 ........................................................................................................ |
9 |
|
2.4 Задание 4 ........................................................................................................ |
9 |
|
2.5 Задание 5 ...................................................................................................... |
10 |
|
2.6 Задание 6 ...................................................................................................... |
11 |
|
2.5 Задание 7 ...................................................................................................... |
12 |
|
3 |
Индивидуальные задания........................................................................... |
14 |
3.1 |
Описание состава индивидуального задания........................................... |
14 |
3.2 |
Список вариантов индивидуального задания .......................................... |
14 |
3.3 |
Пример выполнения индивидуального задания ...................................... |
15 |
4 Список контрольных вопросов по курсу.................................................. |
21 |
|
4.1 |
Вопросы по теме 1....................................................................................... |
21 |
4.2 |
Вопросы по теме 2....................................................................................... |
21 |
4.3 |
Вопросы по теме 3....................................................................................... |
21 |
4.4 |
Вопросы по теме 4....................................................................................... |
22 |
4.5 |
Вопросы по теме 5....................................................................................... |
22 |
4.6 |
Вопросы по теме 6....................................................................................... |
22 |
4.7 |
Вопросы по теме 7....................................................................................... |
23 |
5 Список информационных ресурсов Интернет в области АЭП.............. |
24 |
|
Список литературы ........................................................................................... |
27 |
4
1 Состав теоретической части курса
В теоретической части данной дисциплины «Введение в электромеханические системы» изучается семь тем, состав каждой из которых дается ниже в виде отдельных подразделов с указанием рекомендуемых для ее изучения источников.
1.1 Тема 1. Основные понятия автоматизированного электропривода (АЭП) как электромеханической системы (ЭМС)
1.1.1Основные понятия ЭМС [3, 19].
1.1.2Состав компонентов системы АЭП [5, 19].
1.1.3Краткая история развития АЭП [5, 8].
1.1.4Классификация ЭМС [5, 19].
1.1.5Цели и задачи АЭП [5, 8, 19].
1.1.6Основные режимы работы ЭМС [5, 8, 19].
1.2 Тема 2. Источники электрической энергии ЭМС
1.2.1 Классификация источников энергии и их характеристики [2,20].
1.2.1.1Энергетические ресурсы.
1.2.1.2Химические источники электрической энергии: гальванические элементы и батареи, аккумуляторы, топливные элементы.
1.2.1.3Физические источники электрической энергии: тепловая энергетика, солнечная энергетика (гелиоэнергетика), ядерная энергетика, гидроэнергетика, ветроэнергетика.
1.2.2 Основы энергоснабжения ЭМС [2, 20].
1.2.2.1Классификация систем энергоснабжения и основные требования к ним.
1.2.2.2Структура и компоненты питающей электрической сети.
1.2.2.3Классификация электрических сетей и электроприемников.
1.2.2.4Воздушные и кабельные линии электропередачи.
1.2.2.5Заземление и защитные проводники ЭМС. 1.2.3 Основы энергосбережения [10, 20].
1.2.3.1Основные и показатели энергоэффективности ЭМС.
1.2.3.2Энергосбережение средствами АЭП.
1.2.3.3Энергоаудит в ЭМС.
1.3 Тема 3 – Преобразователи электрической энергии (ПЭЭ) ЭМС
1.3.1 Классификация силовых ПЭЭ для АЭП [8, 1113].
5
1.3.2Основные характеристики ПЭЭ [8, 1113].
1.3.3Электромашинные и статические ПЭЭ [8, 13].
1.3.4Силовые полупроводниковые вентили ПЭЭ [1113].
1.3.5Полупроводниковые выпрямители АЭП [8, 1113].
1.3.6Импульсные преобразователи постоянного тока и напряжения
[1113].
1.3.7Регуляторы напряжения переменного тока в АЭП [8, 13].
1.3.8Основные характеристики и классификация преобразователей частоты (ПЧ) [8, 1113].
1.3.8.1 Автономные инверторы АЭП.
1.3.8.2 Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ). 1.3.8.3 ПЧ со звеном постоянного тока.
1.3.8.4 ПЧ с ШИМ модуляцией 1.3.8.5 Матричные преобразователи частоты (МПЧ).
1.3.9Основы выбора и периферийное оборудование ПЭЭ в составе
АЭП [8, 1113, 19, 22].
1.4 Тема 4. Вращающие электрические машины (электромеханические преобразователи)
1.4.1 Классификация вращающихся электрических машин (ЭМ) [6, 8, 14, 15].
1.4.2Основные характеристики вращающихся ЭМ [6, 8, 13, 14].
1.4.3Режимы работы электродвигателя [13, 14, 15]..
1.4.4ЭМ постоянного тока [6, 8, 13].
1.4.4.1Принцип действия двигателя постоянного тока (ДПТ).
1.4.4.2Конструкция ДПТ.
1.4.4.3Механические характеристики ДПТ.
1.4.4.4Способы регулирования скорости ДПТ.
1.4.5Синхронные двигатели (СД) [6, 8, 13, 14]. 1.4.5.1 Принцип действия СД.
1.4.5.2 Конструкция СД.
1.4.5.3 Механические характеристики СД. 1.4.5.4 Способы регулирования скорости СД.
1.4.6Асинхронные двигатели (АД) [6, 8, 13, 14]. 1.4.6.1 Принцип действия АД.
1.4.6.2 Конструкция АД.
1.4.6.3 Механические характеристики АД. 1.4.6.4 Способы регулирования скорости АД.
1.4.7Вентильные двигатели (ВД) [6, 8, 13, 14]. 1.4.7.1 Варианты конструктивной реализации ВД. 1.4.7.2 Вентильно-индукторные двигатели (ВИД).
6
1.4.7.3Механические характеристики ВИД.
1.4.7.4Способы регулирования скорости ВИД. 1.4.8 Шаговые двигатели (ШД) [6, 8, 13, 14]. 1.4.9 Промышленные серии ЭМ [8, 13 - 15].
1.5 Тема 5. Механические передачи в ЭМС
1.5.1 Назначение и классификация устройств механических передач
[7].
1.5.2Редукторы и муфты, используемые в АЭП [7, 22].
1.5.3Механические соединения в составе ЭМС [7, 22].
1.6 Тема 6. Система управления АЭП
1.6.1 Общие сведения и классификация систем управления АЭП [9, 13, 17].
1.6.2Исполнительные элементы системы управления [1, 9, 13, 17].
1.6.3Датчики системы управления АЭП [9, 13, 22].
1.6.4Основные управляющие устройства СУ АЭП [9, 13, 21].
1.6.5Промышленные компьютеры, интерфейсы и сети в составе систем управления АЭП [9, 13, 21].
1.6.6Основные требования к системам управления ЭМС [9, 13, 17].
1.7 Тема 7. Методология решения задач в области АЭП
1.7.1Системный подход при рассмотрении ЭМС [19].
1.7.2Жизненный цикл ЭМС [19].
1.7.3Этапы проектирования ЭМС [19].
1.7.4Общие принципы и методы решения задач анализа и синтеза
ЭМС [19].
1.7.5Понятие об оптимизации при проектировании ЭМС [19].
1.7.6Основы математического моделирования ЭМС [19].
1.7.7Основы диагностики состояния ЭМС [19].
1.7.8Основные требования к надежности и безопасности ЭМС [19].
7
2 Контрольная работа
Контрольная работа выполняется студентами заочной и дистанционной формы обучения. В состав контрольной работы входят семь теоретических заданий по каждой теме теоретического курса.
2.1 Задание 1
Следует ответить на теоретический вопрос по теме «Основные понятия автоматизированного электропривода (АЭП) как электромеханической системы (ЭМС)» для заданного варианта из таблицы 2.1. Ответ должен быть изложен в объеме от 0,25 до 0,5 страниц формата А4.
Таблица 2.1 - Варианты теоретического задания 1
Вариант |
|
Теоретический вопрос |
|
Источники |
|
1 |
Определение понятия «электропривод» |
|
[3, 22] |
||
2 |
Определение понятия «электродвигатель» |
|
[3, 22] |
||
3 |
Определение понятия «механическая передача» |
|
[3, 22] |
||
4 |
Определение понятия «преобразователь электрической |
[3, 22] |
|||
|
энергии» |
|
|
|
|
5 |
Определение |
понятия |
«система |
управления |
[3, 22] |
|
электропривода» |
|
|
|
|
6 |
Определение |
понятия |
«система |
управления |
[3, 22] |
|
электроприводом» |
|
|
|
|
7 |
Определение понятия «устройство сопряжения» |
|
[3, 22] |
||
8 |
Определение понятия «управляющее устройство» |
[3, 22] |
|||
9 |
Определение понятия «информационное устройство» |
[3, 22] |
|||
10 |
Классификация АЭП по виду механического движения |
[3, 22] |
|||
11 |
Классификация АЭП по функциональному назначению |
[3, 22] |
|||
12 |
Классификация АЭП по виду системы управления |
[3, 22] |
|||
13 |
Классификация АЭП по физическим принципам |
[3, 22] |
|||
|
преобразования электрической энергии в механическую |
|
|||
14 |
Классификация АЭП по структуре ЭП |
|
[3, 22] |
||
15 |
Классификация АЭП по особенностям технической |
[3, 22] |
|||
|
реализации |
|
|
|
|
16 |
Определение понятия «Механическая характеристика |
[3, 22] |
|||
|
электропривода» |
|
|
|
|
17 |
Определение |
понятия |
«электромеханическая |
[3, 22] |
|
|
характеристика электропривода» |
|
|
|
|
18 |
Определение понятия «статический режим работы |
[3, 22] |
|||
|
электропривода» |
|
|
|
|
19 |
Определение понятия «динамический режим работы |
[3, 22] |
|||
|
электропривода» |
|
|
|
|
20 |
Определение понятия «координата электропривода» |
[3, 22] |
8
Окончание таблицы 2.1
Вариант |
Теоретический вопрос |
Источники |
21 |
Двигательный режим АЭП |
[5, 8, 22] |
22 |
Генераторный режим АЭП |
[5, 8, 22] |
23 |
Режим холостого хода АЭП |
[5, 8, 22] |
24 |
Режим короткого замыкания АЭП |
[5, 8, 22] |
25 |
Структурная схема автоматизированного ЭП |
[5, 8, 22] |
2.2 Задание 2
Необходимо дать ответ на теоретический вопрос по теме «Источники электрической энергии ЭМС» в соответствии с заданного вариантом из таблицы 2.2. Ответ должен быть изложен в объеме от 0,5 до 1 страницы формата А4.
Таблица 2.2 - Варианты теоретического задания 2
Вариант |
Теоретический вопрос |
Источники |
1 |
Гальванические элементы и батареи в ЭМС |
[2, 21] |
2 |
Аккумуляторы в ЭМС |
[2, 21] |
3 |
Топливные элементы |
[2, 21] |
4 |
Тепловая энергетика |
[2, 21] |
5 |
Солнечная энергетика (гелиоэнергетика) |
[2, 21] |
6 |
Ядерная энергетика |
[2, 21] |
7 |
Гидроэнергетика |
[2, 21] |
8 |
Ветроэнергетика |
[2, 21] |
9 |
Воздушные линии электропередачи |
[2, 21] |
10 |
Кабельные линии электропередачи |
[2, 21] |
11 |
Классификация электроприемников по виду и роду тока и |
[2, 21] |
|
напряжения. |
|
12 |
Классификация по надежности и бесперебойности питания |
[2, 21] |
|
потребителей электроэнергии |
|
13 |
Классификация электроприемников по виду графиков |
[2, 21] |
|
нагрузки |
|
14 |
Классификация электроприемников по величине пусковых |
[2, 21] |
|
токов |
|
15 |
Основные характеристики питающей сети ЭМС |
[2, 21] |
16 |
Классификация систем энергоснабжения |
[2, 21] |
17 |
Основные требования к системам энергоснабжения ЭМС |
[2, 21] |
18 |
Классификация электрических сетей |
[2, 21] |
19 |
Классы напряжений электрической сети |
[2, 21] |
20 |
Структура и компоненты питающей электрической сети |
[2, 21] |
21 |
Основные и показатели энергоэффективности ЭМС |
[10, 21] |
22 |
Энергосбережение средствами АЭП |
[10, 21] |
23 |
Энергоаудит в ЭМС |
[10, 21] |
24 |
Энергетические ресурсы |
[10, 21] |
25 |
Заземление и защитные проводники ЭМС |
[2, 19, 21] |
9
2.3 Задание 3
Требуется ответить на теоретический вопрос по теме «Преобразователи электрической энергии (ПЭЭ) ЭМС» согласно заданного варианта из таблицы 2.3. Ответ должен дан в объеме от 0,5 до 1 страницы формата А4.
Таблица 2.3 - Варианты теоретического задания 3
Вариант |
|
Теоретический вопрос |
Источники |
||
1 |
Назначение и классификация ПЭЭ для АЭП |
[8, 11-13] |
|||
2 |
Основные характеристики ПЭЭ в составе АЭП |
[8, 11-13] |
|||
3 |
Электромашинные усилители (ЭМУ) в качестве ПЭЭ |
[8, 11-13] |
|||
4 |
Силовые вентили, используемые для ПЭЭ |
[11-13] |
|||
5 |
Полупроводниковые выпрямители АЭП |
[11-13] |
|||
6 |
Импульсные преобразователи постоянного тока и |
[11-13] |
|||
|
напряжения |
|
|
|
|
7 |
Регуляторы напряжения переменного тока |
[8, 11-13] |
|||
8 |
Автономные инверторы напряжения АЭП |
[11-13] |
|||
9 |
Автономные инверторы тока АЭП |
|
[11-13] |
||
10 |
Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) |
[11-13] |
|||
11 |
Двухзвенные ПЧ со звеном постоянного тока и инвертором |
[11-13] |
|||
|
напряжения |
|
|
|
|
12 |
Двухзвенные ПЧ со звеном постоянного тока и инвертором |
[11-13] |
|||
|
тока |
|
|
|
|
13 |
Преобразователи |
частоты |
с |
широтно-импульсной |
[11-13] |
|
модуляцией (ШИМ) |
|
|
|
|
14 |
Матричные преобразователи частоты в АЭП |
[11, 12] |
|||
15 |
Основы выбора ПЭЭ в АЭП |
|
|
[5, 8, 13] |
|
16 |
Периферийное оборудование для ПЭЭ в составе АЭП |
[13] |
|||
17 |
Генераторы постоянного тока (ГПТ) в качестве ПЭЭ |
[18, 13, 22] |
|||
18 |
Магнитные усилители (МУ) в качестве ПЭЭ |
[18, 13, 22] |
|||
19 |
Корректор коэффициента мощности ЭМС |
[11-13] |
|||
20 |
Фильтры в составе ПЭЭ АЭП |
|
|
[11-13] |
|
21 |
Проблема длинных линий на выходе ПЭЭ |
[13] |
|||
22 |
Резонансные инверторы |
|
|
[11-13, 16] |
|
23 |
Устройства плавного пуска асинхронных двигателей АЭП |
[19, 22] |
|||
24 |
Индуктивно-емкостные |
|
преобразователи |
[11-13, 16] |
|
|
(электромагнитные стабилизаторы тока) |
|
|||
25 |
Принцип работы силовых полупроводниковых вентилей в |
[11, 12, 16] |
|||
|
ПЭЭ |
|
|
|
|
2.4 Задание 4
Необходимо дать ответ на теоретический вопрос по теме «Вращающие электрические машины (электромеханические преобразователи)» для заданного варианта из таблицы 2.4. Ответ должен быть изложен в объеме от 0,5 до 1 страницы формата А4.
10
Таблица 2.4 - Варианты теоретического задания 4
Вариант |
Теоретический вопрос |
Источники |
1 |
Назначение и классификация вращающихся электрических |
[6, 8, 13, 14] |
|
машин (ЭМ) |
|
2 |
Основные характеристики электродвигателей АЭП |
[6, 8, 13, 14] |
3 |
Режимы работы электродвигателей |
[13, 14] |
4 |
Принцип действия двигателя постоянного тока (ДТП) |
[6, 8, 13, 14] |
5 |
Механическая характеристика ДПТ с независимым |
[5, 8, 13, 22] |
|
возбуждением |
|
6 |
Механическая характеристика ДПТ с последовательным |
[5, 8, 13, 22] |
|
возбуждением |
|
7 |
Механическая характеристика ДПТ со смешанным |
[5, 8, 13, 22] |
|
возбуждением |
|
8 |
Конструкция двигателя постоянного тока |
[6, 8, 13, 14] |
9 |
Способы регулирования скорости ДПТ в АЭП |
[5, 8, 13, 22] |
10 |
Принцип действия синхронного двигателя (СД) |
[6, 8, 13, 14] |
11 |
Механическая характеристика СД |
[5, 8, 13, 22] |
12 |
Способы регулирования скорости СД в АЭП |
[5, 8, 13, 22] |
13 |
Конструкция синхронного двигателя |
[6, 8, 13, 14] |
14 |
Принцип действия асинхронного двигателя (АД) |
[6, 8, 13, 14] |
15 |
Конструкция асинхронного двигателя |
[6, 8, 13, 14] |
16 |
Механическая характеристика АД |
[5, 8, 13, 22] |
17 |
Способы регулирования скорости АД в АЭП |
[5, 8, 13, 22] |
18 |
Варианты конструкции вентильного двигателя (ВД) |
[6, 8, 13, 14] |
19 |
Принцип действия вентильно-индукторного двигателя |
[6, 8, 13, 14] |
|
(ВИД) |
|
20 |
Механические характеристики ВИД |
[5, 8, 13, 22] |
21 |
Способы регулирования скорости ВИД |
[5, 8, 13, 22] |
22 |
Принцип действия шагового двигателя (ШД) |
[5, 8, 13, 22] |
23 |
Основные промышленные серии ДПТ |
[6, 13 - 15] |
24 |
Основные промышленные серии СД |
[6, 13 - 15] |
25 |
Основные промышленные серии АД |
[6, 13 - 15] |
2.5 Задание 5
Следует ответить на теоретический вопрос по теме «Механические передачи в ЭМС» для варианта индивидуального задания из таблицы 2.5. Ответ должен быть дан в объеме от 0,5 до 1 страницы формата А4.
Таблица 2.5 - Варианты теоретического задания 5
Вариант |
|
Теоретический вопрос |
|
Источники |
||
1 |
Назначение и общая классификация механических передач |
[7, 22] |
||||
|
(МП) в АЭП |
|
|
|
|
|
2 |
Принцип |
действия |
и |
классификация |
зубчатых |
[7, 22] |
|
цилиндрических МП |
|
|
|
|
|
3 |
Принцип действия и назначение зубчатых конических МП |
[7, 22] |
||||
4 |
Принцип действия и назначение червячных МП |
|
[7, 22] |